JPH06242166A - Surface potential sensor - Google Patents
Surface potential sensorInfo
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- JPH06242166A JPH06242166A JP5030515A JP3051593A JPH06242166A JP H06242166 A JPH06242166 A JP H06242166A JP 5030515 A JP5030515 A JP 5030515A JP 3051593 A JP3051593 A JP 3051593A JP H06242166 A JPH06242166 A JP H06242166A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、表面電位センサに関
し、より詳しくは、複写機，プリンター等の帯電ドラム
の電位測定に好適な表面電位センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface potential sensor, and more particularly to a surface potential sensor suitable for measuring the potential of a charging drum such as a copying machine or a printer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、複写機，プリンター等の帯電ドラ
ムの電位測定に用いられる表面電位センサとして、図１
７に示すものが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a surface potential sensor used for measuring the potential of a charging drum of a copying machine, a printer or the like, FIG.
The one shown in 7 is known.
【０００３】同図に示す表面電位センサは、圧電素子２
を取り付けた音叉３と、音叉３の近傍に配置した検知電
極４とを有するセンサ部５と、検知電極４で検知した交
流信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換回
路１０２と、このインピーダンス変換回路１０２の出力
信号を増幅するプリアンプ回路１０３と、プリアンプ回
路１０３の出力信号をフォトカプラを用いたアイソレー
タ１０４を介して取り込むとともに、前記音叉３を駆動
する音叉駆動回路１０５からマルチバイブレータ回路１
０６を経て送られてくる検波用の信号により前記音叉３
からの信号を同期検波する同期検波回路１０７と、同期
検波回路１０７の出力信号を平滑する積分回路１０８
と、この積分回路１０８の出力信号を昇圧する高電圧増
幅回路１０９と、高電圧増幅回路１０９で昇圧された信
号を出力信号として送出する出力回路１１０と、前記各
回路要素に電力を供給する電源回路１１１とを具備して
いる。The surface potential sensor shown in FIG.
A sensor unit 5 having a tuning fork 3 attached to the tuning fork 3 and a detection electrode 4 arranged in the vicinity of the tuning fork 3, an impedance conversion circuit 102 for impedance-converting an AC signal detected by the detection electrode 4, and an output of the impedance conversion circuit 102. A preamplifier circuit 103 for amplifying a signal and an output signal of the preamplifier circuit 103 are taken in through an isolator 104 using a photocoupler, and a tuning fork drive circuit 105 for driving the tuning fork 3 is used to output the multivibrator circuit 1.
The tuning fork 3 is detected by the detection signal sent via 06.
Detection circuit 107 for synchronously detecting the signal from the input signal and an integration circuit 108 for smoothing the output signal of the synchronous detection circuit 107.
A high voltage amplifying circuit 109 for boosting the output signal of the integrating circuit 108, an output circuit 110 for sending the signal boosted by the high voltage amplifying circuit 109 as an output signal, and a power supply for supplying power to each of the circuit elements. And a circuit 111.
【０００４】また、前記高圧増幅回路１０９で昇圧され
た信号を、帰還電圧Ｖｆとして前記センサ部５，インピ
ーダンス変換回路１０２，プリアンプ回路１０３，アイ
ソレータ１０４，音叉駆動回路１０５，電源回路１１１
のコモングランドに帰還している。The signal boosted by the high-voltage amplifier circuit 109 is used as a feedback voltage Vf in the sensor section 5, impedance conversion circuit 102, preamplifier circuit 103, isolator 104, tuning fork drive circuit 105, power supply circuit 111.
Returned to the common ground.
【０００５】前記アイソレータ１０４の２次側，マルチ
バイブレータ回路１０６，同期検波回路１０７，積分回
路１０８，高圧増幅回路１０９，出力回路１１０は各々
接地されている。The secondary side of the isolator 104, the multivibrator circuit 106, the synchronous detection circuit 107, the integrating circuit 108, the high voltage amplifier circuit 109, and the output circuit 110 are each grounded.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た表面電位センサの場合、プリアンプ回路１０３の出力
信号はフォトカプラを用いたアイソレータ１０４を介し
て同期検波回路１０７に入力するようにしているので、
図１８に示すように前記出力信号は被測定電位と帰還電
圧との差電位に比例した振幅の交流信号となり、コモン
電位が基準にならない。このため、マルチバイブレータ
回路１０６を設け同期検波回路１０７の出力波形を制御
しなければならない。即ち、マルチバイブレータ回路１
０６は、基準点（０Ｖ）を得るために使用するものであ
る。また、マルチバイブレータ回路１０６は、音叉駆動
回路１０５を電源アースからフロートさせるためにも使
用している。However, in the case of the surface potential sensor described above, since the output signal of the preamplifier circuit 103 is input to the synchronous detection circuit 107 via the isolator 104 using a photocoupler,
As shown in FIG. 18, the output signal is an AC signal having an amplitude proportional to the potential difference between the measured potential and the feedback voltage, and the common potential is not the reference. Therefore, it is necessary to provide the multivibrator circuit 106 to control the output waveform of the synchronous detection circuit 107. That is, the multivibrator circuit 1
06 is used to obtain the reference point (0V). The multivibrator circuit 106 is also used to float the tuning fork drive circuit 105 from the power supply ground.
【０００７】また、前記プリアンプ回路と同期検波回路
の間のアイソレータ１０４は、これらの間を絶縁し、前
記センサ部５を電源からフロートさせるためのものであ
る。Further, an isolator 104 between the preamplifier circuit and the synchronous detection circuit is provided to insulate the preamplifier circuit and the synchronous detection circuit and to float the sensor section 5 from a power source.
【０００８】この結果、従来の表面電位センサの場合、
アイソレータ１０４，マルチバイブレータ回路１０６を
用いることが必要となり回路が複雑化し小型化できない
という問題があった。また従来の表面電位センサの場
合、オフセット等の補正が難かしいという問題もあっ
た。As a result, in the case of the conventional surface potential sensor,
Since it is necessary to use the isolator 104 and the multivibrator circuit 106, there is a problem that the circuit becomes complicated and cannot be downsized. Further, in the case of the conventional surface potential sensor, there is a problem that it is difficult to correct offset and the like.
【０００９】また、表面電位センサは、図１９に示すよ
うに、複写機等の感光体ドラム１５０の表面電位を非接
触で測定するものであるが、検知電極４上に誘起される
電荷の量をチョッパー部１５１により変化させて交流信
号を得ている。As shown in FIG. 19, the surface potential sensor measures the surface potential of the photoconductor drum 150 of a copying machine or the like in a non-contact manner. Is changed by the chopper section 151 to obtain an AC signal.
【００１０】この場合、図２０に等価的に示すように、
検知電極４と感光体ドラム１５０との対向距離をＤ，検
知電極４の実効面積をＳ，交流信号の周波数をｆとする
とき等価回路の静電容量Ｃは、Ｃ＝Ｃ0 （１＋αｓｉｎ
ωｔ），Ｃ0 ＝ε（Ｓ／Ｄ）となって、対向距離Ｄによ
って出力が変わってしまい、高い取付け精度が要求され
るという問題もあった。In this case, as shown equivalently in FIG.
When the facing distance between the detection electrode 4 and the photosensitive drum 150 is D, the effective area of the detection electrode 4 is S, and the frequency of the AC signal is f, the electrostatic capacitance C of the equivalent circuit is C = C0 (1 + α sin
ωt), C0 = ε (S / D), the output changes depending on the facing distance D, and there is also a problem that high mounting accuracy is required.
【００１１】そこで、本発明は、回路の簡略化，小型化
が可能で、かつ、距離依存性が無く取り付け精度を緩和
できる表面電位センサを提供することを目的とするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a surface potential sensor capable of simplifying and downsizing a circuit and having less distance dependency and relaxing mounting accuracy.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電音叉及び
検知電極を有するセンサ部を備えた表面電位センサにお
いて、前記圧電音叉を駆動する音叉駆動回路と、前記検
知電極で受けた交流信号をインピーダンス変換するイン
ピーダンス変換回路と、インピーダンス変換回路の出力
を増幅する増幅回路と、前記音叉駆動回路からの信号で
前記検知電極からの信号を同期検波する同期検波回路
と、この同期検波回路の出力を平滑する積分回路と、積
分回路の出力を昇圧するトランスを用いた高圧増幅回路
とを有し、前記圧電音叉，検知電極，インピーダンス変
換回路，増幅回路，同期検波回路，積分回路，高圧増幅
回路の一次側及び電源供給用のトランスを用いた電源回
路の２次側及びそのシールドを電源からフローティング
させるとともに、前記高圧増幅回路の発生電圧を少なく
とも前記センサ部のコモングランドに帰還させたもので
ある。According to the present invention, in a surface potential sensor having a sensor section having a piezoelectric tuning fork and a sensing electrode, a tuning fork driving circuit for driving the piezoelectric tuning fork and an AC signal received by the sensing electrode are provided. An impedance conversion circuit for impedance conversion, an amplification circuit for amplifying the output of the impedance conversion circuit, a synchronous detection circuit for synchronously detecting a signal from the detection electrode with a signal from the tuning fork drive circuit, and an output of this synchronous detection circuit. It has an integrating circuit for smoothing and a high voltage amplifying circuit using a transformer for boosting the output of the integrating circuit, and includes the piezoelectric tuning fork, the sensing electrode, the impedance converting circuit, the amplifying circuit, the synchronous detecting circuit, the integrating circuit, and the high voltage amplifying circuit. The primary side and the secondary side of the power supply circuit using a transformer for power supply and its shield are floated from the power source, and The generated voltage of the high-voltage amplifier circuit is obtained is fed back to the common ground of at least the sensor unit.
【００１３】[0013]
【作用】上述した構成の表面電位センサによれば、高圧
増幅回路及び電源回路に使用されるトランスの一次側と
二次側との絶縁を利用して、前記圧電音叉，検知電極，
インピーダンス変換回路，増幅回路，同期検波回路，積
分回路，トランスを用いた高圧増幅回路の一次側及び電
源供給用のトランスを用いた電源回路の２次側及びその
シールドを電源からフローティングさせているので、ア
イソレータや同期信号を発生させるマルチバイブレータ
等を使用する必要がなくなり、回路構成を簡略化，小型
化を図れる。According to the surface potential sensor having the above-described structure, the piezoelectric tuning fork, the detection electrode, and the piezoelectric tuning fork are utilized by utilizing the insulation between the primary side and the secondary side of the transformer used in the high voltage amplifier circuit and the power supply circuit.
Since the primary side of the high-voltage amplifier circuit that uses the impedance conversion circuit, the amplification circuit, the synchronous detection circuit, the integration circuit, and the transformer and the secondary side of the power supply circuit that uses the transformer for power supply and its shield are floating from the power supply. It is not necessary to use an isolator or a multivibrator that generates a synchronization signal, and the circuit configuration can be simplified and downsized.
【００１４】また、前記高圧増幅回路の発生電圧を、少
なくとも前記センサ部のコモングランドに帰還させてい
るので、測定対象物の電位とセンサ部との電位差をゼロ
にすることができ、この結果、センサ部の取り付けの際
に距離依存性を無くすことができる。Further, since the generated voltage of the high-voltage amplifier circuit is fed back to at least the common ground of the sensor section, the potential difference between the potential of the object to be measured and the sensor section can be made zero, and as a result, It is possible to eliminate the distance dependency when mounting the sensor unit.
【００１５】[0015]
【実施例】図１，図２に示す表面電位センサ１は、圧電
素子２を取り付けた音叉３からなる圧電音叉３０、圧電
素子２により励振駆動されるチョッパー部２５、検知電
極４を有するセンサ部（プローブ）５と、前記検知電極
４で検知した交流信号をインピーダンス変換するインピ
ーダンス変換回路１２と、このインピーダンス変換回路
１２の出力信号を増幅する増幅回路１３と、前記圧電素
子２をチョッパー部２５の自己共振周波数（約７００Ｈ
ｚ）で駆動する音叉駆動回路１５と、この音叉駆動回路
１５からの信号で前記検知電極３からの信号を同期検波
する同期検波回路１７と、この同期検波回路１７の出力
を積分増幅する積分回路１８と、積分回路１８の出力
（０乃至約１０Ｖ）を高電圧（０乃至−１０００Ｖ）に
昇圧するトランスＴ2 を用いた高圧増幅回路１９と、高
圧増幅回路１９からの帰還電圧Ｖｆ（０乃至−１０００
Ｖ）を０乃至５Ｖの電圧に分圧し、かつ、低インピーダ
ンス化して出力信号として送出する出力回路２０と、前
記各回路要素に電力を供給する電源回路２１とを具備し
ている。この電源回路２１の２次側はコモングランド
（フローティンググランド）に対して＋，−両極性のフ
ローティング電源となっている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A surface potential sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a piezoelectric tuning fork 30 composed of a tuning fork 3 having a piezoelectric element 2 mounted thereon, a chopper section 25 driven by the piezoelectric element 2 and a sensor section having a detection electrode 4. The (probe) 5, the impedance conversion circuit 12 that impedance-converts the AC signal detected by the detection electrode 4, the amplification circuit 13 that amplifies the output signal of the impedance conversion circuit 12, and the piezoelectric element 2 of the chopper unit 25. Self-resonant frequency (about 700H
z), a tuning fork drive circuit 15, a synchronous detection circuit 17 for synchronously detecting a signal from the detection electrode 3 with a signal from the tuning fork drive circuit 15, and an integration circuit for integrating and amplifying the output of the synchronous detection circuit 17. 18, a high-voltage amplifier circuit 19 using a transformer T2 for boosting the output (0 to about 10 V) of the integrating circuit 18 to a high voltage (0 to -1000 V), and a feedback voltage Vf (0 to-) from the high voltage amplifier circuit 19. 1000
The output circuit 20 divides V) into a voltage of 0 to 5 V, lowers the impedance, and sends the output signal as an output signal, and a power supply circuit 21 that supplies electric power to each circuit element. The secondary side of the power supply circuit 21 is a floating power supply of both positive and negative polarities with respect to the common ground (floating ground).
【００１６】前記圧電音叉３０，検知電極４，インピー
ダンス変換回路１２，増幅回路１３，音叉駆動回路１
５，同期検波回路１７，積分回路１８，高圧増幅回路１
９の一次側及び電源供給用のトランスＴ1 を用いた電源
回路２１の２次側及びこれらのシールドを電源からフロ
ーティングさせている。The piezoelectric tuning fork 30, the sensing electrode 4, the impedance conversion circuit 12, the amplification circuit 13, the tuning fork drive circuit 1
5, synchronous detection circuit 17, integration circuit 18, high-voltage amplifier circuit 1
The primary side of 9 and the secondary side of the power supply circuit 21 using the transformer T1 for power supply and these shields are floated from the power supply.
【００１７】また、前記高圧増幅回路１９の発生電圧Ｖ
ｆを、前記センサ部５，増幅回路１３，音叉駆動回路１
５，同期検波回路１７，積分回路１８，高圧増幅回路１
９のトランスＴ2 の一次側、電源供給用のトランスＴ1
を用いた電源回路２１の２次側、チョッパー部２５及び
シールド等に帰還させフィードバック制御を行うように
なっている。The voltage V generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is
f is the sensor unit 5, the amplifier circuit 13, the tuning fork drive circuit 1
5, synchronous detection circuit 17, integration circuit 18, high-voltage amplifier circuit 1
Primary side of 9 transformer T2, transformer T1 for power supply
The feedback control is performed by feeding back to the secondary side of the power supply circuit 21 using, the chopper section 25, the shield and the like.
【００１８】上述した表面電位センサ１の作用を以下に
説明する。The operation of the surface potential sensor 1 described above will be described below.
【００１９】この表面電位センサ１によれば、図２に概
略的に示すように、検知電極４，チョッパー部２５，ケ
ース３０ａのコモングランド（ＣＯＭ）に、高圧増幅回
路１９の発生電圧Ｖｆを帰還させている。According to the surface potential sensor 1, the voltage Vf generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is fed back to the common ground (COM) of the detection electrode 4, the chopper 25, and the case 30a, as schematically shown in FIG. I am letting you.
【００２０】例えば、図３に示すように、測定電位Ｅ＝
５００Ｖとすると、高圧増幅回路１９により電位差がゼ
ロになるように、発生電圧（帰還電圧）Ｖｆ＝５００Ｖ
とする。チョッパー部２５の駆動電圧が±１２Ｖだとす
ると、コモングランドに５００Ｖ重畳され、入力電圧の
アース部から見るとチョッパー部２５の駆動電圧が５０
０±１２Ｖ，コモングランドが５００Ｖとなる（このた
め、電源回路２１の一次側と、検知電極４，チョッパー
部２５，ケース３０ａとを絶縁する必要がある）。For example, as shown in FIG. 3, the measured potential E =
When the voltage is 500 V, the generated voltage (feedback voltage) Vf = 500 V so that the potential difference becomes zero by the high voltage amplifier circuit 19.
And If the drive voltage of the chopper section 25 is ± 12V, 500V is superimposed on the common ground, and the drive voltage of the chopper section 25 is 50V when viewed from the ground section of the input voltage.
0 ± 12V, common ground is 500V (for this reason, it is necessary to insulate the primary side of the power supply circuit 21 from the detection electrode 4, the chopper portion 25, and the case 30a).
【００２１】即ち、図３乃至図６に示すように、帯電体
ドラム１５０に対する測定電位をＥとし、図３乃至図６
において記号＋，−は一定の電荷密度を表しこれに対応
して一本の電気力線が生じるものとすると、出力信号ｂ
が表れないのは図３に示すようにチョッパー部２５が停
止し検知電極４上の電荷が定常状態になっている場合
と、図６に示すように圧電音叉３０のケース３０ａに電
圧Ｅ1 ＝帰還電圧Ｖｆが印加され、検知電極４自体が測
定電位Ｅと同電位となっている（電気力線が発生せず、
センサ部５自体が帯電体ドラム１５０の測定部位と同一
極性、同一電荷密度となっている）場合である。この結
果、検知電極４の帯電体ドラム１５０に対する取り付け
位置の距離依存性を無くすことができる。That is, as shown in FIGS. 3 to 6, the measured potential for the charging drum 150 is set to E, and FIG.
, The symbols + and-represent constant charge densities, and if one line of electric force is generated correspondingly, the output signal b
Does not appear when the chopper portion 25 is stopped and the charge on the detection electrode 4 is in a steady state as shown in FIG. 3, and when the voltage E1 is returned to the case 30a of the piezoelectric tuning fork 30 as shown in FIG. The voltage Vf is applied, and the detection electrode 4 itself has the same potential as the measurement potential E (no line of electric force is generated,
This is the case where the sensor unit 5 itself has the same polarity and the same charge density as the measurement site of the charging drum 150). As a result, it is possible to eliminate the distance dependency of the mounting position of the detection electrode 4 with respect to the charging drum 150.
【００２２】一方、チョッパー部２５が動作した図４に
示す状態では帯電体ドラム１５０の電荷との均衡を図る
ため接地側から検知電極４に電子の移動が生じ検知電極
４から接地に向けて電流ｉ1 が流れる。また、図５に示
すチョッパー部２５の状態では、検知電極４から接地に
向けて電子が流出し接地側から検知電極４に向けて電流
ｉ2 が流れる。On the other hand, in the state shown in FIG. 4 in which the chopper section 25 is operated, electrons are moved from the ground side to the detection electrode 4 in order to balance with the electric charge of the charging drum 150, and a current flows from the detection electrode 4 to the ground. i1 flows. Further, in the state of the chopper portion 25 shown in FIG. 5, electrons flow out from the detection electrode 4 toward the ground and a current i2 flows from the ground side toward the detection electrode 4.
【００２３】次に、前記表面電位センサ１の各部の信号
と波形との関係について図７乃至図１２をも参照して説
明する。Next, the relationship between the signal and the waveform of each part of the surface potential sensor 1 will be described with reference to FIGS. 7 to 12.
【００２４】前記音叉駆動回路１５からの駆動信号（駆
動パルス）をａ、検知電極４からインピーダンス回路１
２を経て出力される出力信号をｂ、増幅回路１３の出力
信号をｃ、同期検波回路１７の出力信号をｄ、積分回路
１８の出力信号をｅ、高圧増幅回路１９の出力信号を
ｆ、出力回路２０の出力信号をｇとして以下の説明を行
う。The drive signal (drive pulse) from the tuning fork drive circuit 15 is a, and the detection electrode 4 to the impedance circuit 1
2, the output signal of the amplifier circuit 13 is c, the output signal of the synchronous detection circuit 17 is d, the output signal of the integration circuit 18 is e, the output signal of the high-voltage amplifier circuit 19 is f, and the output signal is output. The following description will be given assuming that the output signal of the circuit 20 is g.
【００２５】前記音叉駆動回路１５から圧電素子２に図
７に示す駆動信号ａを送り圧電素子２を駆動すると、図
６に示す電位Ｅ1 〈帯電体ドラム１５０に対する測定電
位Ｅのときには、図７に示すように、検知電極４から正
弦波状の出力信号ｂが出力され、この出力信号ｂは前記
増幅回路１３で反転増幅されて図７に示すコモングラン
ドを基準とする出力信号ｃとなり、さらに、この出力信
号ｃは同期検波回路１７において前記音叉駆動回路１５
からの駆動信号ａにより同期検波され図７に示すコモン
グランドを基準とする出力信号ｄとなる。When the driving signal a shown in FIG. 7 is sent from the tuning fork drive circuit 15 to the piezoelectric element 2 to drive the piezoelectric element 2, when the potential E1 shown in FIG. 6 <the measured potential E for the charging drum 150 is shown in FIG. As shown, the detection electrode 4 outputs a sinusoidal output signal b, and the output signal b is inverted and amplified by the amplifier circuit 13 to become an output signal c with reference to the common ground shown in FIG. 7. The output signal c is output to the tuning fork drive circuit 15 in the synchronous detection circuit 17.
The signal is synchronously detected by the drive signal a from the output signal and becomes the output signal d with reference to the common ground shown in FIG.
【００２６】また、図６に示す電位Ｅ1 〉帯電体ドラム
１５０に対する測定電位Ｅのときには、図９に示すよう
に、検知電極４から上述した場合と逆極性の正弦波状の
出力信号ｂが出力され、この出力信号ｂは前記増幅回路
１３で反転増幅されて図８に示すコモングランドを基準
とする出力信号ｃとなり、さらに、この出力信号ｃは同
期検波回路１７において前記音叉駆動回路１５からの駆
動信号ａにより同期検波され図７に示すコモングランド
を基準とする上述した場合とは逆極性の出力信号ｄとな
る。When the potential E1> the measured potential E for the charging drum 150 shown in FIG. 6, the detection electrode 4 outputs a sinusoidal output signal b having a polarity opposite to that of the above case, as shown in FIG. The output signal b is inverted and amplified by the amplifier circuit 13 to become an output signal c with reference to the common ground shown in FIG. 8. Further, the output signal c is driven by the tuning fork drive circuit 15 in the synchronous detection circuit 17. The signal a is synchronously detected by the signal a, and the output signal d has a polarity opposite to that of the above-described case with reference to the common ground shown in FIG.
【００２７】一方、図６に示す電位Ｅ1 ＝帯電体ドラム
１５０に対する測定電位Ｅのときには、図８に示すよう
に、前記音叉駆動回路１５から圧電素子２に図８に示す
駆動信号ａを送り圧電素子２を駆動した場合、出力信号
ｂには一定レベルの直流バイアス分のみが出力され、交
流出力はない。On the other hand, when the potential E1 shown in FIG. 6 is equal to the measured potential E for the charging drum 150, the tuning fork driving circuit 15 sends the driving signal a shown in FIG. 8 to the piezoelectric element 2 as shown in FIG. When the element 2 is driven, only the DC bias component of a constant level is output to the output signal b, and there is no AC output.
【００２８】次に、前記出力信号ｄを前記積分回路１８
のオペアンプＡ2 を用いて積分した場合、図１０に示す
ように、出力信号ｄに含まれる直流分はコモングランド
を基準に比較増幅され、積分回路１８の出力信号ｅは、
前記出力信号ｄに含まれる直流成分のコモングランドに
対するわずかな変化幅±Ｖs でフル出力となる。例え
ば、オペアンプＡ2 の直流増幅度が１０5 であるとすれ
ば、変化幅Ｖs が＋１ｍＶ又は−１ｍＶで、−１０Ｖ又
は＋１０Ｖとなる。Next, the output signal d is transferred to the integration circuit 18
When integrated using the operational amplifier A2 of, the DC component contained in the output signal d is compared and amplified with reference to the common ground as shown in FIG. 10, and the output signal e of the integrating circuit 18 is
Full output is achieved with a slight variation range ± Vs of the DC component contained in the output signal d with respect to the common ground. For example, if the DC amplification of the operational amplifier A2 is 10 5 , the change width Vs is +1 mV or -1 mV and becomes -10V or + 10V.
【００２９】次に、図１１に示すように、前記出力信号
ｅを前記高圧増幅回路１９に入力すると、高圧増幅回路
１９の出力信号ｆは図１２に示すようにコモングランド
と最大電圧＋ＶE との間で０〜−１０００Ｖに至るまで
直線的に変化し、また、この出力信号ｆを取り込む出力
回路２０の出力信号ｇは図１３に示すように、出力信号
ｆの−１０００Ｖからグランドに至る変化に対して５Ｖ
からグランドレベルまで直線的に変化する。但し、前記
前記出力信号ｅはコモングランド基準の電圧でフローテ
ィングであり、前記出力信号ｆはグランド基準である。Next, as shown in FIG. 11, when the output signal e is input to the high-voltage amplifier circuit 19, the output signal f of the high-voltage amplifier circuit 19 is the common ground and the maximum voltage + VE as shown in FIG. The output signal f of the output circuit 20 that takes in the output signal f changes from -1000V to the ground as shown in FIG. To 5V
Changes linearly from to ground level. However, the output signal e is floating at a voltage of common ground reference, and the output signal f is of ground reference.
【００３０】前記変化幅Ｖs が、０から１ｍＶに変化し
たとき、前記出力信号ｆの電圧Ｖｆは０から〜−１００
０Ｖに変化することになり、この電圧Ｖｆを帰還電圧Ｖ
ｆとしてコモングランドに帰還する。When the change width Vs changes from 0 to 1 mV, the voltage Vf of the output signal f changes from 0 to -100.
The voltage Vf changes to 0V, and this voltage Vf is changed to the feedback voltage V
It returns to the common ground as f.
【００３１】前記変化幅Ｖs が１ｍＶ変化するために必
要な測定電位Ｅと、帰還電圧Ｖｆとの差は非常に小さい
（センサ部５の検出感度によって定まる）。従って、測
定電位Ｅと、帰還電圧Ｖｆとに差が生じた場合、帰還電
圧Ｖｆは０から〜−１０００Ｖの間で測定電位Ｅ−帰還
電圧Ｖｆが略ゼロになるように動作する。The difference between the measured potential E required for the change width Vs to change by 1 mV and the feedback voltage Vf is very small (determined by the detection sensitivity of the sensor section 5). Therefore, when there is a difference between the measured potential E and the feedback voltage Vf, the feedback voltage Vf operates so that the measured potential E−the feedback voltage Vf becomes substantially zero between 0 and −1000V.
【００３２】次に、図１１に示すように、前記出力信号
ｆを抵抗を介して分圧検出することにより、オペアンプ
Ａ3 から前記帰還電圧Ｖｆに比例した出力信号ｇが出力
され、この出力信号ｇは帰還電圧Ｖｆの値を間接的に示
すことになる。Next, as shown in FIG. 11, the output signal f is voltage-divided and detected via a resistor to output an output signal g proportional to the feedback voltage Vf from the operational amplifier A3. Will indirectly indicate the value of the feedback voltage Vf.
【００３３】次に、オフセットを考慮した表面電位セン
サ１の動作を説明する。Next, the operation of the surface potential sensor 1 considering the offset will be described.
【００３４】上述した実施例では、センサ部５の出力信
号が理想的な場合について説明したが、測定電位Ｅ＝帰
還電圧Ｖｆのとき、センサ部５の出力信号はない。In the above embodiment, the case where the output signal of the sensor section 5 is ideal has been described, but when the measured potential E = the feedback voltage Vf, there is no output signal of the sensor section 5.
【００３５】しかしながら、実際にはＥ＝Ｖｆでわずか
なノイズが現われ、出力信号ｄは一定の全波波形を現
す。この全波波形は、当然直流成分を含むため、初期的
に（Ｅ＝Ｖｆ）、従って図１４に示す可変抵抗ＶＲ1 に
よって基準レベルの設定を行っている。前記積分回路４
０の基準を出力信号ｄの直流分に合わせ込む必要が生じ
る。However, in reality, a slight noise appears at E = Vf, and the output signal d exhibits a constant full-wave waveform. Since this full-wave waveform naturally includes a DC component, the reference level is initially set (E = Vf), and therefore the variable resistance VR1 shown in FIG. The integrating circuit 4
It is necessary to match the reference of 0 with the DC component of the output signal d.
【００３６】次に、前記表面電位センサ１の具体的回路
例を図１４乃至図１６を参照して説明する。Next, a specific circuit example of the surface potential sensor 1 will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
【００３７】この表面電位センサ１は、圧電素子２を取
り付けた音叉３からなる圧電音叉３０，チョッパー部２
５，検知電極４を有するセンサ部５と、検知電極４で検
知した交流信号をインピーダンス変換するインピーダン
ス変換回路１２と、このインピーダンス変換回路１２の
出力信号ｂを増幅する増幅回路１３と、前記圧電音叉３
０の圧電素子２を駆動する音叉駆動回路１５と、この音
叉駆動回路１５からの信号で前記検知電極３からの信号
を同期検波する同期検波回路１７と、この同期検波回路
１７の出力を平滑する積分回路１８と、積分回路１８の
出力を昇圧するトランスＴ2 を用いた高圧増幅回路１９
と、高圧増幅回路１９で昇圧された信号を出力信号とし
て送出する出力回路２０と、前記各回路要素に電力を供
給するトランスＴ1 を用いた電源回路２１とを具備して
いる。This surface potential sensor 1 includes a piezoelectric tuning fork 30 including a tuning fork 3 to which a piezoelectric element 2 is attached, and a chopper section 2.
5, a sensor unit 5 having the detection electrode 4, an impedance conversion circuit 12 that impedance-converts an AC signal detected by the detection electrode 4, an amplification circuit 13 that amplifies an output signal b of the impedance conversion circuit 12, and the piezoelectric tuning fork. Three
The tuning fork drive circuit 15 for driving the piezoelectric element 2 of 0, the synchronous detection circuit 17 for synchronously detecting the signal from the detection electrode 3 by the signal from the tuning fork drive circuit 15, and the output of the synchronous detection circuit 17 are smoothed. High-voltage amplifier circuit 19 using an integrating circuit 18 and a transformer T2 for boosting the output of the integrating circuit 18.
An output circuit 20 for sending out a signal boosted by the high-voltage amplifier circuit 19 as an output signal; and a power supply circuit 21 using a transformer T1 for supplying electric power to the respective circuit elements.
【００３８】音叉駆動回路１５は、オペアンプＡ1 を具
備し、パルス状の駆動信号ａを前記圧電素子２へ供給す
るとともに、ダイオードＤ1 ，ＦＥＴ1 を介して駆動信
号ａを同期検波回路１７のオペアンプＡ6 に送るように
なっている。The tuning fork drive circuit 15 comprises an operational amplifier A1, supplies a pulsed drive signal a to the piezoelectric element 2, and supplies the drive signal a to the operational amplifier A6 of the synchronous detection circuit 17 via the diode D1 and FET1. I am supposed to send it.
【００３９】インピーダンス変換回路１２は、図１６に
示すように、ＦＥＴ4 を用いたソースフォロワで構成さ
れ、このインピーダンス変換回路１２により検知電極４
の検知信号が低インピーダンスの出力信号ｂとして出力
される。As shown in FIG. 16, the impedance conversion circuit 12 is composed of a source follower using FET4.
Is output as a low impedance output signal b.
【００４０】出力信号ｂは、オペアンプＡ3 ，Ａ5 を用
いた増幅回路１３により反転増幅され出力信号ｃとなっ
て同期検波回路１７に送られるようになっている。The output signal b is inverted and amplified by the amplifier circuit 13 using operational amplifiers A3 and A5, and is output to the synchronous detection circuit 17 as an output signal c.
【００４１】同期検波回路１７は、オペアンプＡ6 を具
備し、増幅回路１３からの出力信号ｃを、音叉駆動回路
１５からダイオードＤ1 ，ＦＥＴ1 を介して送られてく
る駆動信号ａを用いて同期検波して出力信号ｄとして積
分回路１８に送るようになっている。The synchronous detection circuit 17 comprises an operational amplifier A6, and synchronously detects the output signal c from the amplifier circuit 13 by using the drive signal a sent from the tuning fork drive circuit 15 via the diode D1 and FET1. The output signal d is sent to the integrating circuit 18.
【００４２】積分回路１８は、オペアンプＡ2 ，抵抗Ｒ
20及びコンデンサＣ13の帰還回路を具備し、前記出力信
号ｄを積分して出力信号ｅとして送出するようになって
いる。The integrating circuit 18 includes an operational amplifier A2 and a resistor R.
A feedback circuit of 20 and a capacitor C13 is provided, and the output signal d is integrated and sent as an output signal e.
【００４３】高圧増幅回路１９は、保護用ダイオードＤ
2 、トランジスタＴｒ、トランスＴ2 、このトランスＴ
2 の一次巻線に接続したスイッチング動作用のＦＥＴ2
、このＦＥＴ2 をスイッチング駆動するＩＣを用いた
発振回路３１、前記トランスＴ2 の二次巻線に接続した
ダイオードＤ6 乃至Ｄ9 のブリッジ接続からなる整流回
路３２を具備し、前記出力信号ｅをトランスＴ2 で昇圧
し整流回路３２により整流して高圧の出力信号ｆを出力
回路２０へ送るようになっている。The high voltage amplifier circuit 19 includes a protection diode D.
2, transistor Tr, transformer T2, this transformer T
FET2 for switching operation connected to the primary winding of 2
An oscillating circuit 31 using an IC for switching and driving the FET2, and a rectifying circuit 32 comprising a bridge connection of diodes D6 to D9 connected to the secondary winding of the transformer T2 are provided, and the output signal e is supplied to the transformer T2. The voltage is boosted and rectified by the rectifier circuit 32 to send a high-voltage output signal f to the output circuit 20.
【００４４】前記出力回路２０は、オペアンプＡ7 ，抵
抗Ｒ25，コンデンサＣ19の並列回路からなる帰還回路を
具備し、図１３に示すような出力信号ｇを送出するよう
になっている。The output circuit 20 comprises a feedback circuit composed of a parallel circuit of an operational amplifier A7, a resistor R25 and a capacitor C19, and outputs an output signal g as shown in FIG.
【００４５】前記電源回路２１は、レギュレータ1 を具
備する入力回路と、ＩＣを用いた発振回路３３と、この
発振回路３３によりスイッチング駆動されるＦＥＴ3
と、このＦＥＴ3 が一次巻線に接続されたトランスＴ1
と、このトランスＴ1 の二次巻線側に接続したダイオー
ドＤ10乃至Ｄ13のブリッジ接続からなる整流回路３４
と、レギュレータ3 ，レギュレータ4 ，ツェナーダイオ
ードＺＤ2 ，ＺＤ3 ，ダイオードＤ3 ，Ｄ4 等を具備す
る平滑回路３５とを具備している。The power supply circuit 21 includes an input circuit having a regulator 1, an oscillator circuit 33 using an IC, and an FET3 switching-driven by the oscillator circuit 33.
And this FET3 is the transformer T1 connected to the primary winding
And a rectifier circuit 34 consisting of a bridge connection of diodes D10 to D13 connected to the secondary winding side of the transformer T1.
And a smoothing circuit 35 including a regulator 3, a regulator 4, Zener diodes ZD2, ZD3, diodes D3, D4 and the like.
【００４６】前記高圧増幅回路１９の発生電圧Ｖｆを、
抵抗Ｒ31又はこの抵抗Ｒ31の両端子を短絡するジャンパ
ー線を介してこの高圧増幅回路１９の一次側、即ち、コ
モングランド（フローティンググランド）へ帰還してい
る。The voltage Vf generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is
The voltage is fed back to the primary side of the high-voltage amplifier circuit 19, that is, the common ground (floating ground) via a resistor R31 or a jumper wire that short-circuits both terminals of the resistor R31.
【００４７】また、前記高圧増幅回路１９の発生電圧Ｖ
ｆを、前記電源回路２１のトランスＴ1 の二次巻線、線
分回路１８のオペアンプＡ6 、音叉駆動回路１５のオペ
アンプＡ1 、同期検波回路１７のオペアンプＡ5 、増幅
回路１３のオペアンプＡ3 ，Ａ4 ，Ａ5 、圧電音叉３０
のケース３０ａへ各々帰還している。The voltage V generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is
f is the secondary winding of the transformer T1 of the power supply circuit 21, the operational amplifier A6 of the line segment circuit 18, the operational amplifier A1 of the tuning fork drive circuit 15, the operational amplifier A5 of the synchronous detection circuit 17, the operational amplifiers A3, A4 and A5 of the amplifier circuit 13. , Piezoelectric tuning fork 30
Each case is returned to the case 30a.
【００４８】このようにすることにより、感光体ドラム
１５０の電位と検知電極４，チョッパー部２５及びケー
ス３０ａとの電位差をゼロにすることができる。By doing so, the potential difference between the potential of the photosensitive drum 150 and the detection electrode 4, the chopper portion 25 and the case 30a can be made zero.
【００４９】また、前記電源回路２１のトランスＴ1 ，
高圧増幅回路１９のトランスＴ2 の各一次巻線，二次巻
線間の絶縁を利用して、電源回路２１の一次側と、圧電
音叉の３０のチョッパー部２５，ケース３０ａ及び圧電
素子２，検知電極４，インピーダンス変換回路１２，プ
リアンプ回路１３，同期検波回路１７，積分回路１８，
高圧増幅回路１９の一次側，シールド等とをフローティ
ングさせている。Further, the transformer T1 of the power supply circuit 21,
Utilizing the insulation between the primary winding and the secondary winding of the transformer T2 of the high-voltage amplifier circuit 19, the primary side of the power supply circuit 21, the chopper portion 25 of the piezoelectric tuning fork 30, the case 30a, and the piezoelectric element 2 are detected. Electrode 4, impedance conversion circuit 12, preamplifier circuit 13, synchronous detection circuit 17, integration circuit 18,
The primary side of the high voltage amplifier circuit 19 and the shield and the like are floated.
【００５０】これにより、フォトカプラ等の絶縁部材が
不要となるとともに、マルチバイブレータを使用して波
形の基準点を作る必要も無くなり、回路構成の簡略化，
小型化を図ることができる。This eliminates the need for an insulating member such as a photocoupler, and also eliminates the need to use a multivibrator to form a waveform reference point, simplifying the circuit configuration.
The size can be reduced.
【００５１】本発明は、上述した実施例の他、その要旨
の範囲内で種々の変形が可能である。The present invention can be variously modified within the scope of the gist other than the above-mentioned embodiment.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、上述した
構成としたことにより、センサ部の取り付け距離の依存
性を無くせるとともに、回路構成の簡略化、小型化を図
ることができる表面電位センサを提供することができ
る。According to the present invention described in detail above, by adopting the above-mentioned structure, the dependency of the mounting distance of the sensor section can be eliminated, and the circuit structure can be simplified and downsized. A potential sensor can be provided.
【図１】本発明の表面電位センサの実施例の構成を示す
ブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a surface potential sensor of the present invention.
【図２】本実施例の表面電位センサの構成を示すブロッ
ク図FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a surface potential sensor of this embodiment.
【図３】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation of a chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図４】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図５】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 5 is an explanatory view showing the operation of the chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図６】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図７】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作に伴う各部の波形図FIG. 7 is a waveform chart of each part accompanying the operation of the chopper part in the surface potential sensor of the present embodiment.
【図８】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作に伴う各部の波形図FIG. 8 is a waveform chart of each part accompanying the operation of the chopper part in the surface potential sensor of the present embodiment.
【図９】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作に伴う各部の波形図FIG. 9 is a waveform chart of each part accompanying the operation of the chopper part in the surface potential sensor of the present embodiment.
【図１０】本実施例の表面電位センサにおける積分回路
の入出力特性を示す波形図FIG. 10 is a waveform diagram showing the input / output characteristics of the integrating circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１１】本実施例の表面電位センサにおける高圧増幅
回路及び出力回路の回路図FIG. 11 is a circuit diagram of a high-voltage amplifier circuit and an output circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１２】本実施例の表面電位センサにおける高圧増幅
回路の動作を示す波形図FIG. 12 is a waveform diagram showing the operation of the high-voltage amplifier circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１３】本実施例の表面電位センサにおける出力回路
の動作を示す波形図FIG. 13 is a waveform diagram showing the operation of the output circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１４】本実施例の表面電位センサの具体例を示す回
路図FIG. 14 is a circuit diagram showing a specific example of the surface potential sensor of this embodiment.
【図１５】本実施例の表面電位センサの具体例を示す回
路図FIG. 15 is a circuit diagram showing a specific example of the surface potential sensor of this embodiment.
【図１６】本実施例の表面電位センサのインピーダンス
変換回路の波形図FIG. 16 is a waveform diagram of the impedance conversion circuit of the surface potential sensor of the present embodiment.
【図１７】従来の電位センサのブロック図FIG. 17 is a block diagram of a conventional potential sensor.
【図１８】従来の電位センサにおけるプリアンプ回路の
出力信号を示す波形図FIG. 18 is a waveform diagram showing an output signal of a preamplifier circuit in a conventional potential sensor.
【図１９】表面電位センサのセンサ部の概略構成図FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a sensor unit of a surface potential sensor.
【図２０】表面電位センサのセンサ部の等価回路図FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of the sensor unit of the surface potential sensor.
１ 表面電位センサ ２ 圧電素子 ３ 音叉 ４ 検知電極 ５ センサ部 １２ インピーダンス変換回路 １３ 増幅回路 １７ 同期検波回路 １８ 積分回路 １９ 高圧増幅回路 ２０ 出力回路 ２１ 電源回路 ３０ 圧電音叉 1 Surface potential sensor 2 Piezoelectric element 3 Tuning fork 4 Detection electrode 5 Sensor part 12 Impedance conversion circuit 13 Amplification circuit 17 Synchronous detection circuit 18 Integration circuit 19 High voltage amplification circuit 20 Output circuit 21 Power supply circuit 30 Piezoelectric tuning fork
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年５月３１日[Submission date] May 31, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 表面電位センサ[Title of Invention] Surface potential sensor
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、表面電位センサに関
し、より詳しくは、複写機，プリンター等の帯電ドラム
の電位測定に好適な表面電位センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface potential sensor, and more particularly to a surface potential sensor suitable for measuring the potential of a charging drum such as a copying machine or a printer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、複写機，プリンター等の帯電ドラ
ムの電位測定に用いられる表面電位センサとして、図１
７に示すものが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a surface potential sensor used for measuring the potential of a charging drum of a copying machine, a printer or the like, FIG.
The one shown in 7 is known.
【０００３】同図に示す表面電位センサは、圧電素子２
を取り付けた音叉３と、音叉３の近傍に配置した検知電
極４とを有するセンサ部５と、検知電極４で検知した交
流信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換回
路１０２と、このインピーダンス変換回路１０２の出力
信号を増幅するプリアンプ回路１０３と、プリアンプ回
路１０３の出力信号をフォトカプラを用いたアイソレー
タ１０４を介して取り込むとともに、前記音叉３を駆動
する音叉駆動回路１０５からマルチバイブレータ回路１
０６を経て送られてくる検波用の信号により前記音叉３
からの信号を同期検波する同期検波回路１０７と、同期
検波回路１０７の出力信号を平滑する積分回路１０８
と、この積分回路１０８の出力信号を昇圧する高電圧増
幅回路１０９と、高電圧増幅回路１０９で昇圧された信
号を出力信号として送出する出力回路１１０と、前記各
回路要素に電力を供給する電源回路１１１とを具備して
いる。The surface potential sensor shown in FIG.
A sensor unit 5 having a tuning fork 3 attached to the tuning fork 3 and a detection electrode 4 arranged in the vicinity of the tuning fork 3, an impedance conversion circuit 102 for impedance-converting an AC signal detected by the detection electrode 4, and an output of the impedance conversion circuit 102. A preamplifier circuit 103 for amplifying a signal and an output signal of the preamplifier circuit 103 are taken in through an isolator 104 using a photocoupler, and a tuning fork drive circuit 105 for driving the tuning fork 3 is used to output the multivibrator circuit 1.
The tuning fork 3 is detected by the detection signal sent via 06.
Detection circuit 107 for synchronously detecting the signal from the input signal and an integration circuit 108 for smoothing the output signal of the synchronous detection circuit 107.
A high voltage amplifying circuit 109 for boosting the output signal of the integrating circuit 108, an output circuit 110 for sending the signal boosted by the high voltage amplifying circuit 109 as an output signal, and a power supply for supplying power to each of the circuit elements. And a circuit 111.
【０００４】また、前記高圧増幅回路１０９で昇圧され
た信号を、帰還電圧Ｖｆとして前記センサ部５，インピ
ーダンス変換回路１０２，プリアンプ回路１０３，アイ
ソレータ１０４，音叉駆動回路１０５，電源回路１１１
のコモングランドに帰還している。The signal boosted by the high-voltage amplifier circuit 109 is used as a feedback voltage Vf in the sensor section 5, impedance conversion circuit 102, preamplifier circuit 103, isolator 104, tuning fork drive circuit 105, power supply circuit 111.
Returned to the common ground.
【０００５】前記アイソレータ１０４の２次側，マルチ
バイブレータ回路１０６，同期検波回路１０７，積分回
路１０８，高圧増幅回路１０９，出力回路１１０は各々
接地されている。The secondary side of the isolator 104, the multivibrator circuit 106, the synchronous detection circuit 107, the integrating circuit 108, the high voltage amplifier circuit 109, and the output circuit 110 are each grounded.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た表面電位センサの場合、プリアンプ回路１０３の出力
信号はフォトカプラを用いたアイソレータ１０４を介し
て同期検波回路１０７に入力するようにしているので、
図１８に示すように前記出力信号は被測定電位と帰還電
圧との差電位に比例した振幅の交流信号となり、コモン
電位が基準にならない。このため、マルチバイブレータ
回路１０６を設け同期検波回路１０７の出力波形を制御
しなければならない。即ち、マルチバイブレータ回路１
０６は、基準点（０Ｖ）を得るために使用するものであ
る。また、マルチバイブレータ回路１０６は、音叉駆動
回路１０５を電源アースからフロートさせるためにも使
用している。However, in the case of the surface potential sensor described above, since the output signal of the preamplifier circuit 103 is input to the synchronous detection circuit 107 via the isolator 104 using a photocoupler,
As shown in FIG. 18, the output signal is an AC signal having an amplitude proportional to the potential difference between the measured potential and the feedback voltage, and the common potential is not the reference. Therefore, it is necessary to provide the multivibrator circuit 106 to control the output waveform of the synchronous detection circuit 107. That is, the multivibrator circuit 1
06 is used to obtain the reference point (0V). The multivibrator circuit 106 is also used to float the tuning fork drive circuit 105 from the power supply ground.
【０００７】また、前記プリアンプ回路と同期検波回路
の間のアイソレータ１０４は、これらの間を絶縁し、前
記センサ部５を電源からフロートさせるためのものであ
る。Further, an isolator 104 between the preamplifier circuit and the synchronous detection circuit is provided to insulate the preamplifier circuit and the synchronous detection circuit and to float the sensor section 5 from a power source.
【０００８】この結果、従来の表面電位センサの場合、
アイソレータ１０４，マルチバイブレータ回路１０６を
用いることが必要となり回路が複雑化し小型化できない
という問題があった。また従来の表面電位センサの場
合、オフセット等の補正が難かしいという問題もあっ
た。As a result, in the case of the conventional surface potential sensor,
Since it is necessary to use the isolator 104 and the multivibrator circuit 106, there is a problem that the circuit becomes complicated and cannot be downsized. Further, in the case of the conventional surface potential sensor, there is a problem that it is difficult to correct offset and the like.
【０００９】また、表面電位センサは、図１９に示すよ
うに、複写機等の感光体ドラム１５０の表面電位を非接
触で測定するものであるが、検知電極４上に誘起される
電荷の量をチョッパー部１５１により変化させて交流信
号を得ている。As shown in FIG. 19, the surface potential sensor measures the surface potential of the photoconductor drum 150 of a copying machine or the like in a non-contact manner. Is changed by the chopper section 151 to obtain an AC signal.
【００１０】この場合、図２０に等価的に示すように、
検知電極４と感光体ドラム１５０との対向距離をＤ，検
知電極４の実効面積をＳ，交流信号の周波数をｆとする
とき等価回路の静電容量Ｃは、Ｃ＝Ｃ0 （１＋αｓｉｎ
ωｔ），Ｃ0 ＝ε（Ｓ／Ｄ）となって、対向距離Ｄによ
って出力が変わってしまい、高い取付け精度が要求され
る。従って、センサ部そのものが、被測定電位と同電位
になるように動作させる方式が考案されたが、高圧増幅
器を備え、この出力をセンサ部に帰還させる回路構成を
持つことから、回路の複雑化，大型化，高コスト化の問
題があった。 In this case, as shown equivalently in FIG.
When the facing distance between the detection electrode 4 and the photosensitive drum 150 is D, the effective area of the detection electrode 4 is S, and the frequency of the AC signal is f, the electrostatic capacitance C of the equivalent circuit is C = C0 (1 + α sin
ωt), C0 = ε (S / D), the output changes depending on the facing distance D, and high mounting accuracy is required . Therefore, the sensor itself has the same potential as the measured potential.
Was devised to operate so that
Equipped with a circuit, and a circuit configuration that returns this output to the sensor
Since it has, the problem of complicated circuit, large size, and high cost
There was a problem.
【００１１】そこで、本発明は、回路の簡略化，小型化
が可能で、かつ、距離依存性が無く取り付け精度を緩和
できる表面電位センサを提供することを目的とするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a surface potential sensor capable of simplifying and downsizing a circuit and having less distance dependency and relaxing mounting accuracy.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電音叉及び
検知電極を有するセンサ部を備えた表面電位センサにお
いて、前記圧電音叉を駆動する音叉駆動回路と、前記検
知電極に接続されたプリアンプ（前置増幅）回路と、プ
リアンプ回路の出力を増幅する増幅回路と、前記音叉駆
動回路からの信号で前記検知電極からの信号を同期検波
する同期検波回路と、この同期検波回路の出力を平滑す
る積分回路と、積分回路の出力を昇圧するトランスを用
いた高圧増幅回路とを有し、前記圧電音叉，検知電極，
プリアンプ回路，増幅回路，同期検波回路，積分回路，
高圧増幅回路の一次側及び電源供給用のトランスを用い
た電源回路の２次側及びそのシールドを電源からフロー
ティングさせるとともに、前記高圧増幅回路の発生電圧
を前記センサ部のコモングランドに帰還させたものであ
る。According to the present invention, in a surface potential sensor having a sensor portion having a piezoelectric tuning fork and a detection electrode, a tuning fork drive circuit for driving the piezoelectric tuning fork and a preamplifier connected to the detection electrode ( Pre-amplification) circuit
An amplifier circuit for amplifying the output of the re- amplifier circuit, a synchronous detection circuit for synchronously detecting a signal from the detection electrode with a signal from the tuning fork drive circuit, an integration circuit for smoothing the output of the synchronous detection circuit, and an integration circuit A high-voltage amplifier circuit using a transformer for boosting the output, the piezoelectric tuning fork, the sensing electrode,
Preamplifier circuit , amplifier circuit, synchronous detection circuit, integrator circuit,
The primary side of the high-voltage amplifier circuit and the secondary side of the power supply circuit using a transformer for power supply and its shield are floated from the power supply, and the voltage generated by the high-voltage amplifier circuit
The is obtained is fed back to the common ground of the front Symbol sensor unit.
【００１３】[0013]
【作用】上述した構成の表面電位センサによれば、高圧
増幅回路及び電源回路に使用されるトランスの一次側と
二次側との絶縁を利用して、前記圧電音叉，検知電極，
プリアンプ回路，増幅回路，同期検波回路，積分回路，
トランスを用いた高圧増幅回路の一次側及び電源供給用
のトランスを用いた電源回路の２次側及びそのシールド
を接地ラインからフローティングさせているので、アイ
ソレータや同期信号を発生させるマルチバイブレータ等
を使用する必要がなくなり、回路構成を簡略化，小型化
を図れる。According to the surface potential sensor having the above-described structure, the piezoelectric tuning fork, the detection electrode, and the piezoelectric tuning fork are utilized by utilizing the insulation between the primary side and the secondary side of the transformer used in the high voltage amplifier circuit and the power supply circuit.
Preamplifier circuit , amplifier circuit, synchronous detection circuit, integrator circuit,
Since the primary side of a high-voltage amplifier circuit that uses a transformer and the secondary side of a power supply circuit that uses a transformer for power supply and its shield are floating from the ground line , use an isolator or a multivibrator that generates a synchronization signal. It is not necessary to do so, and the circuit configuration can be simplified and downsized.
【００１４】また、前記高圧増幅回路の発生電圧を、少
なくとも前記センサ部のコモングランドに帰還させてい
るので、測定対象物の電位とセンサ部との電位差をゼロ
にすることができ、この結果、センサ部の取り付けの際
に距離依存性を無くすことができる。Further, since the generated voltage of the high-voltage amplifier circuit is fed back to at least the common ground of the sensor section, the potential difference between the potential of the object to be measured and the sensor section can be made zero, and as a result, It is possible to eliminate the distance dependency when mounting the sensor unit.
【００１５】[0015]
【実施例】図１，図２に示す表面電位センサ１は、圧電
素子２を取り付けた音叉３からなる圧電音叉３０、圧電
素子２により励振駆動されるチョッパー部２５、検知電
極４を有するセンサ部（プローブ）５と、前記検知電極
４に接続されたプリアンプ回路１２と、このプリアンプ
回路１２の出力信号を増幅する増幅回路１３と、前記圧
電素子２をチョッパー部２５の自己共振周波数で駆動す
る音叉駆動回路１５と、この音叉駆動回路１５からの信
号で前記検知電極３からの信号を同期検波する同期検波
回路１７と、この同期検波回路１７の出力を積分増幅す
る積分回路１８と、積分回路１８の出力（コモングラン
ドに対して０乃至約１０Ｖ）を高電圧（接地レベルに対
して０乃至−１０００Ｖ）に昇圧するトランスＴ2 を用
いた高圧増幅回路１９と、高圧増幅回路１９からの帰還
電圧Ｖｆ（０乃至−１０００Ｖ）を０乃至５Ｖの電圧に
分圧し、かつ、低インピーダンス化して出力信号として
送出する出力回路２０と、前記各回路要素に電力を供給
する電源回路２１とを具備している。この電源回路２１
の２次側はコモングランド（フローティンググランド）
に対して＋，−両極性のフローティング電源となってい
る。尚、図２にはケース３０ａとこのケース３０ａに設
けられた電気力線導入用の開口部３０ｂが示されてい
る。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A surface potential sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a piezoelectric tuning fork 30 composed of a tuning fork 3 having a piezoelectric element 2 mounted thereon, a chopper section 25 driven by the piezoelectric element 2 and a sensor section having a detection electrode 4. (Probe) 5, preamplifier circuit 12 connected to the detection electrode 4 , and this preamplifier
An amplifier circuit 13 which amplifies the output signal of the circuit 12, and the tuning fork driving circuit 15 for driving the piezoelectric element 2 in the self-resonant frequency of the chopper unit 25, from the sensing electrode 3 by a signal from the tuning fork driving circuit 15 A synchronous detection circuit 17 for synchronously detecting a signal, an integration circuit 18 for integrating and amplifying the output of the synchronous detection circuit 17, and an output of the integration circuit 18 ( common ground).
0 to about 10V) to high voltage to de (the ground level pairs
And a high voltage amplifier circuit 19 using a transformer T2 for boosting to 0 to -1000V) and a feedback voltage Vf (0 to -1000V) from the high voltage amplifier circuit 19 is divided into a voltage of 0 to 5V and a low impedance is obtained. It includes an output circuit 20 for converting the signal into an output signal and a power supply circuit 21 for supplying electric power to each of the circuit elements. This power supply circuit 21
Secondary side of is common ground (floating ground)
On the other hand, it is a floating power supply with both positive and negative polarities. In addition, in FIG. 2, the case 30a and the case 30a are installed.
An opening 30b for introducing the electric lines of force is shown.
It
【００１６】前記圧電音叉３０，検知電極４，プリアン
プ回路１２，増幅回路１３，音叉駆動回路１５，同期検
波回路１７，積分回路１８，高圧増幅回路１９の一次側
及び電源供給用のトランスＴ1 を用いた電源回路２１の
２次側及びこれらのシールドを接地ラインからフローテ
ィングさせている。The piezoelectric tuning fork 30, the sensing electrode 4 and the preamplifier
Circuit 12 , amplifier circuit 13, tuning fork drive circuit 15, synchronous detection circuit 17, integrator circuit 18, primary side of high-voltage amplifier circuit 19, secondary side of power supply circuit 21 using transformer T1 for power supply, and shields of these. Is floating from the ground line .
【００１７】また、前記高圧増幅回路１９の発生電圧Ｖ
ｆを、前記センサ部５，増幅回路１３，音叉駆動回路１
５，同期検波回路１７，積分回路１８，高圧増幅回路１
９のトランスＴ2 の一次側、電源供給用のトランスＴ1
を用いた電源回路２１の２次側、チョッパー部２５及び
シールド等に帰還させフィードバック制御を行うように
なっている。The voltage V generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is
f is the sensor unit 5, the amplifier circuit 13, the tuning fork drive circuit 1
5, synchronous detection circuit 17, integration circuit 18, high-voltage amplifier circuit 1
Primary side of 9 transformer T2, transformer T1 for power supply
The feedback control is performed by feeding back to the secondary side of the power supply circuit 21 using, the chopper section 25, the shield and the like.
【００１８】上述した表面電位センサ１の作用を以下に
説明する。The operation of the surface potential sensor 1 described above will be described below.
【００１９】この表面電位センサ１によれば、図２に概
略的に示すように、検知電極４，チョッパー部２５，ケ
ース３０ａのコモングランド（ＣＯＭ）に、高圧増幅回
路１９の発生電圧Ｖｆを帰還させている。According to the surface potential sensor 1, the voltage Vf generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is fed back to the common ground (COM) of the detection electrode 4, the chopper 25, and the case 30a, as schematically shown in FIG. I am letting you.
【００２０】例えば、図３に示すように、被測定電位Ｅ
＝５００Ｖとすると、高圧増幅回路１９により電位差が
ゼロになるように、発生電圧（帰還電圧）Ｖｆ＝５００
Ｖとする。チョッパー部２５の駆動電圧が±１２Ｖだと
すると、コモングランドに５００Ｖ重畳され、入力電圧
のアース部から見るとチョッパー部２５の駆動電圧が５
００±１２Ｖ，コモングランドが５００Ｖとなる。この
ため、電源回路２１の一次側と、検知電極４，チョッパ
ー部２５，ケース３０ａとを絶縁する必要がある。 [0020] For example, as shown in FIG. 3, the measured potential E
= 500 V, the generated voltage (feedback voltage) Vf = 500 so that the potential difference becomes zero by the high voltage amplifier circuit 19.
V. If the drive voltage of the chopper unit 25 is ± 12V, 500V is superimposed on the common ground, and the drive voltage of the chopper unit 25 is 5 when viewed from the ground unit of the input voltage.
00 ± 12V, common ground is 500V . Therefore, the primary side of the power supply circuit 21, the detection electrode 4, chopper unit 25, should Ru insulating the casing 30a.
【００２１】即ち、図３乃至図６に示すように、帯電体
ドラム１５０の電位、すなわち被測定電位をＥとし、図
３乃至図６において記号＋，−は一定の電荷密度を表し
これに対応して一本の電気力線が生じるものとすると、
出力信号ｂが表れないのは図３に示すようにチョッパー
部２５が停止し検知電極４上の電荷が定常状態になって
いる場合と、図６に示すように圧電音叉３０のケース３
０ａに電圧Ｅ1 ＝帰還電圧Ｖｆが印加され、検知電極４
自体が被測定電位Ｅと同電位となっている（電気力線が
発生せず、センサ部５自体が帯電体ドラム１５０の測定
部位と同一極性、同一電位、すなわちＥ＝Ｅ1 ）場合で
ある。この結果、検知電極４の帯電体ドラム１５０に対
する取り付け位置の距離依存性を無くすことができる。That is, as shown in FIGS. 3 to 6, the potential of the charging drum 150 , that is, the potential to be measured is E, and the symbols + and − in FIGS. 3 to 6 represent constant charge densities. Then, if one line of electric force is generated,
The output signal b does not appear when the chopper portion 25 is stopped and the electric charge on the detection electrode 4 is in a steady state as shown in FIG. 3 and when the piezoelectric tuning fork 30 is case 3 as shown in FIG.
0a is applied with voltage E1 = feedback voltage Vf,
Itself (not generated electric power line, the sensor unit 5 itself is the same polarity as the measurement site of the charged drum 150, the same potential, i.e. E = E1) which has a measured potential E and the same potential is the case. As a result, it is possible to eliminate the distance dependency of the mounting position of the detection electrode 4 with respect to the charging drum 150.
【００２２】一方、チョッパー部２５が動作した図４に
示す状態では帯電体ドラム１５０の電荷との均衡を図る
ため接地側から検知電極４に電荷の移動が生じ検知電極
４から接地に向けて電流ｉ1 が流れる。また、図５に示
すチョッパー部２５の状態では、検知電極４から接地に
向けて電荷が流出し接地側から検知電極４に向けて電流
ｉ2 が流れる。On the other hand, in the state shown in FIG. 4 in which the chopper portion 25 is operated, in order to balance with the electric charge of the charging drum 150, the electric charge is moved from the ground side to the detection electrode 4 and the electric current flows from the detection electrode 4 to the ground. i1 flows. Further, in the state of the chopper portion 25 shown in FIG. 5, electric charges flow out from the detection electrode 4 toward the ground, and a current i2 flows from the ground side toward the detection electrode 4.
【００２３】次に、前記表面電位センサ１の各部の信号
と波形との関係について図７乃至図１２をも参照して説
明する。Next, the relationship between the signal and the waveform of each part of the surface potential sensor 1 will be described with reference to FIGS. 7 to 12.
【００２４】前記音叉駆動回路１５からの駆動信号（駆
動パルス）をａ、検知電極４からプリアンプ回路１２を
経て出力される出力信号をｂ、増幅回路１３の出力信号
をｃ、同期検波回路１７の出力信号をｄ、積分回路１８
の出力信号をｅ、高圧増幅回路１９の出力信号をｆ、出
力回路２０の出力信号をｇとして以下の説明を行う。The drive signal (drive pulse) from the tuning fork drive circuit 15 is a, the output signal from the detection electrode 4 through the preamplifier circuit 12 is b, the output signal from the amplifier circuit 13 is c, and the synchronous detection circuit 17 is provided. The output signal is d, and the integration circuit 18
In the following description, the output signal of 1 is the output signal of the high voltage amplifier circuit 19, the output signal of the high voltage amplifier circuit 19 is f, and the output signal of the output circuit 20 is g.
【００２５】前記音叉駆動回路１５から圧電素子２に図
７に示す駆動信号ａを送り圧電素子２を駆動すると、図
６に示す電位Ｅ1 が被測定電位Ｅよりも低いときには、
図７に示すように、プリアンプ回路１２から正弦波状の
出力信号ｂが出力され、この出力信号ｂは前記増幅回路
１３で増幅されて図７に示すコモングランドを基準とす
る出力信号ｃとなり、さらに、この出力信号ｃは同期検
波回路１７において前記音叉駆動回路１５からの駆動信
号ａにより同期検波され図７に示すコモングランドを基
準とする出力信号ｄとなる。[0025] The when the tuning fork drive circuit 15 to the piezoelectric element 2 to drive the piezoelectric element 2 sends a drive signal a shown in FIG. 7, sometimes potential E1 shown in FIG. 6 is lower than the measured potential E,
As shown in FIG. 7, the output signal b of the sinusoidal from the preamplifier circuit 12 is output, the output signal c becomes to the output signal b is referenced to the common ground as shown in FIG. 7 is amplified by the amplifier circuit 13, Further, this output signal c is synchronously detected by the drive signal a from the tuning fork drive circuit 15 in the synchronous detection circuit 17 and becomes an output signal d based on the common ground shown in FIG.
【００２６】また、図６に示す電位Ｅ1 が被測定電位Ｅ
よりも高いときには、図９に示すように、プリアンプ回
路１２から上述した場合と逆極性の正弦波状の出力信号
ｂが出力され、この出力信号ｂは前記増幅回路１３で増
幅されて図８に示すコモングランドを基準とする出力信
号ｃとなり、さらに、この出力信号ｃは同期検波回路１
７において前記音叉駆動回路１５からの駆動信号ａによ
り同期検波され図７に示すコモングランドを基準とする
上述した場合とは逆極性の出力信号ｄとなる。The potential E1 shown in FIG. 6 is the measured potential E.
Higher than sometimes, as shown in FIG. 9, a preamplifier times
A sinusoidal output signal b having a polarity opposite to that in the above case is output from the path 12 , and the output signal b is amplified by the amplifier circuit 13 and is an output signal based on the common ground shown in FIG. c, and this output signal c becomes the synchronous detection circuit 1
7, the drive signal a from the tuning fork drive circuit 15 is synchronously detected, and the output signal d has a polarity opposite to that of the above-described case with reference to the common ground shown in FIG.
【００２７】一方、図６に示す電位Ｅ1 と被測定電位Ｅ
が等しいときには、図８に示すように、前記音叉駆動回
路１５から圧電素子２に図８に示す駆動信号ａを送り圧
電素子２を駆動した場合、出力信号ｂには一定レベルの
直流バイアス分のみが出力され、交流出力はない。On the other hand, the potential E1 and the measured potential E shown in FIG.
8 is equal to each other, as shown in FIG. 8, when the driving signal a shown in FIG. 8 is sent from the tuning fork driving circuit 15 to the piezoelectric element 2 to drive the piezoelectric element 2, only a DC bias component of a constant level is included in the output signal b. Is output and there is no AC output.
【００２８】次に、前記出力信号ｄを前記積分回路１８
のオペアンプＡ2 を用いて積分した場合、図１０に示す
ように、出力信号ｄに含まれる直流分はコモングランド
を基準に比較増幅され、積分回路１８の出力信号ｅは、
前記出力信号ｄに含まれる直流成分のコモングランドに
対するわずかな変化幅±Ｖs でフル出力となる。例え
ば、オペアンプＡ2 の直流増幅度が１０5 であるとすれ
ば、変化幅Ｖs が＋１ｍＶ又は−１ｍＶで、−１０Ｖ又
は＋１０Ｖとなる。Next, the output signal d is transferred to the integration circuit 18
When integrated using the operational amplifier A2 of, the DC component contained in the output signal d is compared and amplified with reference to the common ground as shown in FIG. 10, and the output signal e of the integrating circuit 18 is
Full output is achieved with a slight variation range ± Vs of the DC component contained in the output signal d with respect to the common ground. For example, if the DC amplification of the operational amplifier A2 is 10 5 , the change width Vs is +1 mV or -1 mV and becomes -10V or + 10V.
【００２９】次に、図１１に示すように、前記出力信号
ｅを前記高圧増幅回路１９に入力すると、高圧増幅回路
１９の出力信号ｆは図１２に示すようにコモングランド
と最大電圧＋ＶE との間で０〜−１０００Ｖに至るまで
直線的に変化し、また、この出力信号ｆを取り込む出力
回路２０の出力信号ｇは図１３に示すように、出力信号
ｆの−１０００Ｖからグランドに至る変化に対して５Ｖ
からグランドレベルまで直線的に変化する。但し、前記
出力信号ｅはコモングランド基準の電圧でフローティン
グであり、前記出力信号ｆはグランド基準である。Next, as shown in FIG. 11, when the output signal e is input to the high-voltage amplifier circuit 19, the output signal f of the high-voltage amplifier circuit 19 is the common ground and the maximum voltage + VE as shown in FIG. The output signal f of the output circuit 20 that takes in the output signal f changes from -1000V to the ground as shown in FIG. To 5V
Changes linearly from to ground level. However, before SL output signal e is floating at a voltage of the common ground reference, the output signal f is a ground reference.
【００３０】前記変化幅Ｖs が、０から１ｍＶに変化し
たとき、前記出力信号ｆの電圧Ｖｆは０から〜−１００
０Ｖに変化することになり、この電圧Ｖｆを帰還電圧Ｖ
ｆとしてコモングランドに帰還する。When the change width Vs changes from 0 to 1 mV, the voltage Vf of the output signal f changes from 0 to -100.
The voltage Vf changes to 0V, and this voltage Vf is changed to the feedback voltage V
It returns to the common ground as f.
【００３１】前記変化幅Ｖs が１ｍＶ変化するために必
要な被測定電位Ｅと、帰還電圧Ｖｆとの差は非常に小さ
い（センサ部５の検出感度によって定まる）。従って、
被測定電位Ｅと、帰還電圧Ｖｆとに差が生じた場合、帰
還電圧Ｖｆは０から〜−１０００Ｖの間で被測定電位Ｅ
−帰還電圧Ｖｆが略ゼロになるように動作する。[0031] and the measured potential E required for the variation width Vs is 1mV changes, the difference between the feedback voltage Vf is (determined by the sensitivity of the sensor unit 5) extremely small. Therefore,
And the measured potential E, when the difference in the feedback voltage Vf occurs, the feedback voltage Vf is measured between ~-1000V from zero potential E
Operate so that the feedback voltage Vf becomes substantially zero.
【００３２】次に、図１１に示すように、前記出力信号
ｆを抵抗を介して分圧検出することにより、オペアンプ
Ａ3 から前記帰還電圧Ｖｆに比例した出力信号ｇが出力
され、この出力信号ｇは被測定電位Ｅの値を間接的に示
すことになる。Next, as shown in FIG. 11, the output signal f is voltage-divided and detected via a resistor to output an output signal g proportional to the feedback voltage Vf from the operational amplifier A3. Will indirectly indicate the value of the measured potential E.
【００３３】次に、オフセットを考慮した表面電位セン
サ１の動作を説明する。Next, the operation of the surface potential sensor 1 considering the offset will be described.
【００３４】上述した実施例では、センサ部５の出力信
号が理想的な場合について説明したが、この場合、被測
定電位Ｅ＝帰還電圧Ｖｆのとき、センサ部５の出力信号
はない。In the above embodiment, the case where the output signal of the sensor unit 5 is ideal has been described. In this case, when the measured potential E = feedback voltage Vf, the output signal of the sensor unit 5 is used. There is no.
【００３５】しかしながら、実際にはＥ＝Ｖｆでわずか
なノイズが現われる場合があり、この場合、出力信号ｄ
に含まれる直流成分が基準となるコモングランドからわ
ずかにずれることがあり、従って図１４に示す可変抵抗
ＶＲ1 によって初期的に基準レベルの設定が行われる。 [0035] However, in practice there may be a slight noise Ru appeared at E = Vf, in this case, the output signal d
Common ground Kurrawa the DC component is the reference contained in
It may deviate in or not, thus initially the reference level setting is performed by a variable resistor VR1 shown in FIG. 14.
【００３６】次に、前記表面電位センサ１の具体的回路
例を図１４乃至図１６を参照して説明する。Next, a specific circuit example of the surface potential sensor 1 will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
【００３７】この表面電位センサ１は、圧電素子２を取
り付けた音叉３からなる圧電音叉３０，チョッパー部２
５，検知電極４を有するセンサ部５と、検知電極４に接
続されるプリアンプ回路１２と、このプリアンプ回路１
２の出力信号ｂを増幅する増幅回路１３と、前記圧電音
叉３０の圧電素子２を駆動する音叉駆動回路１５と、こ
の音叉駆動回路１５からの信号で前記検知電極３からの
信号を同期検波する同期検波回路１７と、この同期検波
回路１７の出力を平滑する積分回路１８と、積分回路１
８の出力を昇圧するトランスＴ2 を用いた高圧増幅回路
１９と、高圧増幅回路１９で昇圧された信号を出力信号
として送出する出力回路２０と、前記各回路要素に電力
を供給するトランスＴ1 を用いた電源回路２１とを具備
している。This surface potential sensor 1 includes a piezoelectric tuning fork 30 including a tuning fork 3 to which a piezoelectric element 2 is attached, and a chopper section 2.
5, a sensor unit 5 having a sensing electrode 4, against the detection electrode 4
Preamplifier circuit 12 to be continued and this preamplifier circuit 1
2, an amplifier circuit 13 for amplifying the output signal b, a tuning fork drive circuit 15 for driving the piezoelectric element 2 of the piezoelectric tuning fork 30, and a signal from the tuning fork drive circuit 15 for synchronously detecting the signal from the detection electrode 3. The synchronous detection circuit 17, the integration circuit 18 that smoothes the output of the synchronous detection circuit 17, and the integration circuit 1
A high voltage amplifier circuit 19 using a transformer T2 for boosting the output of No. 8, an output circuit 20 for sending out the signal boosted by the high voltage amplifier circuit 19 as an output signal, and a transformer T1 for supplying electric power to the respective circuit elements are used. The power supply circuit 21 is provided.
【００３８】音叉駆動回路１５は、オペアンプＡ1 を具
備し、パルス状の駆動信号ａを前記圧電素子２へ供給す
るとともに、ダイオードＤ1 ，ＦＥＴ1 を介して駆動信
号ａを同期検波回路１７のオペアンプＡ6 に送るように
なっている。図中２′はもう一方の圧電素子、ａ′はこ
の圧電素子から音叉駆動回路へ帰還される帰還信号であ
る。 The tuning fork drive circuit 15 comprises an operational amplifier A1, supplies a pulsed drive signal a to the piezoelectric element 2, and supplies the drive signal a to the operational amplifier A6 of the synchronous detection circuit 17 via the diode D1 and FET1. I am supposed to send it. In the figure, 2'is the other piezoelectric element, and a'is the piezoelectric element.
This is a feedback signal that is fed back from the piezoelectric element of
It
【００３９】プリアンプ回路１２は、例えば図１６に示
すように、ＦＥＴ4 を用いたソース接地で構成され、Ｆ
ＥＴの順伝達アドミタンスをｇｍとすれば、増幅度 The preamplifier circuit 12, as shown in FIG. 16 for example , is constituted by the source grounding using FET4 ,
If the forward transfer admittance of ET is gm, the degree of amplification is
【数１】 ，入力インピーダンスＲ３３の増幅器として動作し、出
力信号ｂとして出力される。[Equation 1] , Operates as an amplifier of the input impedance R33 and is output as an output signal b.
【００４０】出力信号ｂは、オペアンプＡ3 ，Ａ5 を用
いた増幅回路１３により交流増幅され出力信号ｃとなっ
て同期検波回路１７に送られるようになっている。The output signal b is AC- amplified by the amplifier circuit 13 using the operational amplifiers A3 and A5, and becomes an output signal c which is sent to the synchronous detection circuit 17.
【００４１】同期検波回路１７は、オペアンプＡ6 を具
備し、増幅回路１３からの出力信号ｃを、音叉駆動回路
１５からダイオードＤ1 ，ＦＥＴ1 を介して送られてく
る駆動信号ａを用いて同期検波して出力信号ｄとして積
分回路１８に送るようになっている。The synchronous detection circuit 17 comprises an operational amplifier A6, and synchronously detects the output signal c from the amplifier circuit 13 by using the drive signal a sent from the tuning fork drive circuit 15 via the diode D1 and FET1. The output signal d is sent to the integrating circuit 18.
【００４２】積分回路１８は、オペアンプＡ2 ，抵抗Ｒ
20及びコンデンサＣ13の帰還回路を具備し、前記出力信
号ｄを積分して出力信号ｅとして送出するようになって
いる。The integrating circuit 18 includes an operational amplifier A2 and a resistor R.
A feedback circuit of 20 and a capacitor C13 is provided, and the output signal d is integrated and sent as an output signal e.
【００４３】高圧増幅回路１９は、保護用ダイオードＤ
2 、トランジスタＴｒ、トランスＴ2 、このトランスＴ
2 の一次巻線に接続したスイッチング動作用のＦＥＴ2
、このＦＥＴ2 をスイッチング駆動するＩＣを用いた
発振回路３１、前記トランスＴ2 の二次巻線に接続した
ダイオードＤ6 乃至Ｄ9 のブリッジ接続からなる整流回
路３２を具備し、前記出力信号ｅをトランスＴ2 で昇圧
し整流回路３２により整流して高圧の出力信号ｆを出力
回路２０へ送るようになっている。The high voltage amplifier circuit 19 includes a protection diode D.
2, transistor Tr, transformer T2, this transformer T
FET2 for switching operation connected to the primary winding of 2
An oscillating circuit 31 using an IC for switching and driving the FET2, and a rectifying circuit 32 comprising a bridge connection of diodes D6 to D9 connected to the secondary winding of the transformer T2 are provided, and the output signal e is supplied to the transformer T2. The voltage is boosted and rectified by the rectifier circuit 32 to send a high-voltage output signal f to the output circuit 20.
【００４４】前記出力回路２０は、オペアンプＡ7 ，抵
抗Ｒ25，コンデンサＣ19の並列回路からなる帰還回路を
具備し、図１３に示すような出力信号ｇを送出するよう
になっている。The output circuit 20 comprises a feedback circuit composed of a parallel circuit of an operational amplifier A7, a resistor R25 and a capacitor C19, and outputs an output signal g as shown in FIG.
【００４５】前記電源回路２１は、レギュレータ1 を具
備する入力回路と、ＩＣを用いた発振回路３３と、この
発振回路３３によりスイッチング駆動されるＦＥＴ3
と、このＦＥＴ3 が一次巻線に接続されたトランスＴ1
と、このトランスＴ1 の二次巻線側に接続したダイオー
ドＤ10乃至Ｄ13のブリッジ接続からなる整流回路３４
と、レギュレータ3 ，レギュレータ4 ，ツェナーダイオ
ードＺＤ2 ，ＺＤ3 ，ダイオードＤ3 ，Ｄ4 等を具備す
る平滑回路３５とを具備している。The power supply circuit 21 includes an input circuit having a regulator 1, an oscillator circuit 33 using an IC, and an FET3 switching-driven by the oscillator circuit 33.
And this FET3 is the transformer T1 connected to the primary winding
And a rectifier circuit 34 consisting of a bridge connection of diodes D10 to D13 connected to the secondary winding side of the transformer T1.
And a smoothing circuit 35 including a regulator 3, a regulator 4, Zener diodes ZD2, ZD3, diodes D3, D4 and the like.
【００４６】前記高圧増幅回路１９の発生電圧Ｖｆを、
抵抗Ｒ31又はこの抵抗Ｒ31の両端子を短絡するジャンパ
ー線を介してこの高圧増幅回路１９の一次側、即ち、コ
モングランド（フローティンググランド）へ帰還してい
る。The voltage Vf generated by the high-voltage amplifier circuit 19 is
The voltage is fed back to the primary side of the high-voltage amplifier circuit 19, that is, the common ground (floating ground) via a resistor R31 or a jumper wire that short-circuits both terminals of the resistor R31.
【００４７】このようにすることにより、感光体ドラム
１５０の電位と検知電極４，チョッパー部２５及びケー
ス３０ａとの電位差をゼロにすることができる。By doing so, the potential difference between the potential of the photosensitive drum 150 and the detection electrode 4, the chopper portion 25 and the case 30a can be made zero.
【００４８】また、前記電源回路２１のトランスＴ1 ，
高圧増幅回路１９のトランスＴ2 の各一次巻線，二次巻
線間の絶縁を利用して、電源回路２１の一次側と、圧電
音叉３０のチョッパー部２５，ケース３０ａ及び圧電素
子２，検知電極４，プリアンプ回路１２，増幅回路１
３，同期検波回路１７，積分回路１８，高圧増幅回路１
９の一次側，シールド等とをフローティングさせてい
る。Further, the transformer T1 of the power supply circuit 21,
Each primary winding of the transformer T2 of the high voltage amplifier circuit 19, by using the insulation between the secondary windings, the primary side of the power supply circuit 21, the piezoelectric <br/> sound or 3 0 chopper unit 25, the case 30a and Piezoelectric element 2, detection electrode 4, preamplifier circuit 12, amplifier circuit 1
3 , synchronous detection circuit 17, integration circuit 18, high-voltage amplifier circuit 1
The primary side of 9 and the shield are floated.
【００４９】これにより、フォトカプラ等の絶縁部材が
不要となるとともに、マルチバイブレータを使用して波
形の基準点を作る必要も無くなり、回路構成の簡略化，
小型化を図ることができる。This eliminates the need for an insulating member such as a photocoupler, and also eliminates the need for creating a waveform reference point using a multivibrator, which simplifies the circuit configuration.
The size can be reduced.
【００５０】本発明は、上述した実施例の他、その要旨
の範囲内で種々の変形が可能である。The present invention can be variously modified within the scope of the invention in addition to the above-described embodiments.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、上述した
構成としたことにより、センサ部の取り付け距離の依存
性を無くせるとともに、回路構成の簡略化、小型化を図
ることができる表面電位センサを提供することができ
る。According to the present invention described in detail above, by adopting the above-mentioned structure, the dependency of the mounting distance of the sensor section can be eliminated, and the circuit structure can be simplified and downsized. A potential sensor can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の表面電位センサの実施例の構成を示す
ブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a surface potential sensor of the present invention.
【図２】本実施例の表面電位センサの構成を示すブロッ
ク図FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a surface potential sensor of this embodiment.
【図３】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation of a chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図４】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図５】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 5 is an explanatory view showing the operation of the chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図６】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作を示す説明図FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the chopper portion in the surface potential sensor of this embodiment.
【図７】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作に伴う各部の波形図FIG. 7 is a waveform chart of each part accompanying the operation of the chopper part in the surface potential sensor of the present embodiment.
【図８】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作に伴う各部の波形図FIG. 8 is a waveform chart of each part accompanying the operation of the chopper part in the surface potential sensor of the present embodiment.
【図９】本実施例の表面電位センサにおけるチョッパー
部の動作に伴う各部の波形図FIG. 9 is a waveform chart of each part accompanying the operation of the chopper part in the surface potential sensor of the present embodiment.
【図１０】本実施例の表面電位センサにおける積分回路
の入出力特性を示す波形図FIG. 10 is a waveform diagram showing the input / output characteristics of the integrating circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１１】本実施例の表面電位センサにおける高圧増幅
回路及び出力回路の回路図FIG. 11 is a circuit diagram of a high-voltage amplifier circuit and an output circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１２】本実施例の表面電位センサにおける高圧増幅
回路の動作を示す波形図FIG. 12 is a waveform diagram showing the operation of the high-voltage amplifier circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１３】本実施例の表面電位センサにおける出力回路
の動作を示す波形図FIG. 13 is a waveform diagram showing the operation of the output circuit in the surface potential sensor of this embodiment.
【図１４】本実施例の表面電位センサの具体例を示す回
路図FIG. 14 is a circuit diagram showing a specific example of the surface potential sensor of this embodiment.
【図１５】本実施例の表面電位センサの具体例を示す回
路図FIG. 15 is a circuit diagram showing a specific example of the surface potential sensor of this embodiment.
【図１６】本実施例の表面電位センサのプリアンプ回路
の実施例 FIG. 16 is a preamplifier circuit of the surface potential sensor of the present embodiment.
Examples of
【図１７】従来の電位センサのブロック図FIG. 17 is a block diagram of a conventional potential sensor.
【図１８】従来の電位センサにおけるプリアンプ回路の
出力信号を示す波形図FIG. 18 is a waveform diagram showing an output signal of a preamplifier circuit in a conventional potential sensor.
【図１９】表面電位センサのセンサ部の概略構成図FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a sensor unit of a surface potential sensor.
【図２０】表面電位センサのセンサ部の等価回路図FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of the sensor unit of the surface potential sensor.
【符号の説明】 １ 表面電位センサ ２ 圧電素子 ３ 音叉 ４ 検知電極 ５ センサ部 １２ プリアンプ回路 １３ 増幅回路 １７ 同期検波回路 １８ 積分回路 １９ 高圧増幅回路 ２０ 出力回路 ２１ 電源回路 ３０ 圧電音叉[Explanation of reference numerals] 1 surface potential sensor 2 piezoelectric element 3 tuning fork 4 detection electrode 5 sensor section 12 preamplifier circuit 13 amplification circuit 17 synchronous detection circuit 18 integration circuit 19 high voltage amplification circuit 20 output circuit 21 power supply circuit 30 piezoelectric tuning fork
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１[Name of item to be corrected] Figure 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１】 [Figure 1]
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図２[Name of item to be corrected] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図２】 [Fig. 2]
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図７[Name of item to be corrected] Figure 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図７】 [Figure 7]
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図８[Correction target item name] Figure 8
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図８】 [Figure 8]
【手続補正６】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図９[Correction target item name] Figure 9
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図９】 [Figure 9]
【手続補正７】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１１[Name of item to be corrected] Figure 11
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１１】 FIG. 11
【手続補正８】[Procedure Amendment 8]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１４[Name of item to be corrected] Fig. 14
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１４】 FIG. 14
【手続補正９】[Procedure Amendment 9]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１５[Correction target item name] Figure 15
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１５】 FIG. 15
【手続補正１０】[Procedure Amendment 10]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１６[Correction target item name] Fig. 16
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１６】 FIG. 16
Claims (1)
を備えた表面電位センサにおいて、前記圧電音叉を駆動
する音叉駆動回路と、前記検知電極で受けた交流信号を
インピーダンス変換するインピーダンス変換回路と、イ
ンピーダンス変換回路の出力を増幅する増幅回路と、前
記音叉駆動回路からの信号で前記検知電極からの信号を
同期検波する同期検波回路と、この同期検波回路の出力
を平滑する積分回路と、積分回路の出力を昇圧するトラ
ンスを用いた高圧増幅回路とを有し、前記圧電音叉，検
知電極，インピーダンス変換回路，増幅回路，同期検波
回路，積分回路，高圧増幅回路の一次側及び電源供給用
のトランスを用いた電源回路の２次側及びそのシールド
を電源からフローティングさせるとともに、前記高圧増
幅回路の発生電圧を少なくとも前記センサ部のコモング
ランドに帰還させたことを特徴とする表面電位センサ。1. A surface potential sensor including a sensor unit having a piezoelectric tuning fork and a detection electrode, and a tuning fork driving circuit for driving the piezoelectric tuning fork, and an impedance conversion circuit for impedance-converting an AC signal received by the detection electrode. An amplifier circuit that amplifies the output of the impedance conversion circuit, a synchronous detection circuit that synchronously detects a signal from the detection electrode with a signal from the tuning fork drive circuit, an integration circuit that smoothes the output of the synchronous detection circuit, and an integration circuit. Of the piezoelectric tuning fork, the detection electrode, the impedance conversion circuit, the amplification circuit, the synchronous detection circuit, the integration circuit, the primary side of the high voltage amplification circuit, and the power supply transformer. The secondary side of the power supply circuit using the A surface potential sensor characterized by being returned to at least the common ground of the sensor section.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5030515A JPH06242166A (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Surface potential sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5030515A JPH06242166A (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Surface potential sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06242166A true JPH06242166A (en) | 1994-09-02 |
Family
ID=12305952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5030515A Pending JPH06242166A (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Surface potential sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06242166A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-02-19 JP JP5030515A patent/JPH06242166A/en active Pending
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